Молекулни основи на генетиката.

Генетична организация на ДНК. Генетичен код.
Едно вещество може да бъ¬де материален субстрат на наследствеността, ако едно¬временно отговаря на след¬ните условия:

1. Строежът на молекулите му да позволява записване и за¬пазване на наследствената ин¬формация.
2. Количеството му в клетки¬те да е постоянно, да не се про¬меня или да не изчезва и да не се синтезира наново.
3. Да се самовъзпроизвежда съвсем точно и новите копия да се разпределят по равно във всички клетки и във всички ин¬дивиди. Това осигурява преда¬ването на наследствената ин¬формация.

За записване на наследстве¬ната информация молекулите, които я носят, трябва да бъдат хетерополимерни (изградени от различни мономери). Специ¬фичното подреждан® на моно-мерите определя конкретната информация. Тази информация ще се „чете", ако хетерополимерът е линеен.
Линейните хетерополимери в живата клетка са белтъците и нуклеиновите киселини. Уста¬новено е, че единствено ДНК е в относително постоянно коли¬чество в клетките на индивиди¬те от един и същ вид. При това в телесните клетки тя е два пъти повече, отколкото в зрелите по¬лови клетки. Ето защо при по¬ловото размножаване нейното количество в новите индивиди остава същото.
Постоянното количество и особеностите в строежа на ДНК удовлетворяват първите две условия от посочените по-горе. Както редуването и ком¬бинирането на буквите в думи определя техния смисъл, така и редуването и комбинирането на нуклеотидите в молекулата на ДНК дава възможност за запис¬ване на конкретна информация.
Благодарение на строежа и на комплементарността (допълнителността) на двете съставя¬щи ДНК вериги е осигурено и третото условие - молекулата може по съв¬сем точен-начин да се са¬мовъзпроизвежда (да се реплицира). Процесът се нарича реоликация на ДНК.
Репликацията на ДНК се осъ¬ществява по следния начин (фиг. 1.22.): двойната спирала на молекулата се разплита под действието на специални ензи¬ми, като се разкъсват водород¬ните връзки между срещулежа¬щите бази. Върху всяка еди¬нична верига започва да се син¬тезира допълващата я (комплементарната й) верига. При това се спазват правила за комплементарност (допълнителност): срещу аденина винаги застава тимин, а срещу тимина — аденин, срещу гуанина — цитозин, и срещу цитозина — гуанин. Всяка единична верига от ДНК служи като своеобраз¬на матрица, която определя последователността на нуклеотидите в новосинтезираната верига.
Репликацията на ДНК ста¬ва въз основа на матрич¬ния принцип: макромолекула при изграждането си копира първичната струк¬тура на друга макромолекула. Всяка новоизградена верига ДНК копира струк¬турата на верига от старата молекула.
Репликацията на ДНК става сравнително бързо. При бактери¬ите тя започва от една точка и про¬тича последователно (пълзи) по цялата дължина на молекулата. Скоростта е 30 mm/min, което оз¬начава, че за 1 s се изгражда нов участък от 500 нуклеотида. Еукариотните организми имат много по-дълги молекули ДНК в сравне¬ние с прокариотните. Ако при тях репликацията става по същия на¬чин, тя би продължила много дълго, а това не е така. Установено е, че във всяка хромозома на еукариотните клетки репликацията започ¬ва едновременно от няколко точки. Тяхната молекула ДНК е съставе¬на от много едновременно реплициращи се участъци, наречени репликони.
Редица изследвания показват, че гените са участъци от мо¬лекулата на ДНК и контро¬лират синтезирането на специфични белтъци. В един ген е програмирано синтезирането на една полипептидна верига.
Белезите на организмите се определят от структурата и функцията на тези белтъци. При изменяне на някои гени определени белтъчни молекули променят структурата или фун¬кцията си.
Човек може да страда от болест¬та сърповидноклетъчна анемия. Тя е резултат от замяната на една ами¬нокиселина с друга в молекулата на хемоглобина, с което се променят и неговите свойства. Той много труд¬но се свързва с 0^ и трудно го от¬дава. Сърповидноклетъчната ане¬мия е наследствена болест и се контролира от генотипа. Това по¬казва, че първичната структура на белтъчните молекули се определя от генотипа.
Молекулата на ДНК е изгра¬дена от комбинирането на 4 нуклеотида, които се повтарят в различни комбинации. Амино¬киселините в белтъчните моле¬кули са 20. Ако допуснем, че последователността на нуклеотидите в молекулата на ДНК определя подреждането на ами¬нокиселините в полипептидната верига, то не е възможно един нуклеотид да определя мястото на една аминокиселина. Ако то¬ва се осъществява от 2 последо¬вателни нуклеотида, възможни са 42=16 комбинации. Те също не са достатъчни. Ф. Крик дока¬за, че З последователни нукле¬отида от веригата на ДНК, наречени триплет, опреде¬лят мястото на 1 аминоки¬селина в полипептидната верига.
Възможните комбинации от различни триплети са 43:=64. 61 от тях определят мястото на 20-те аминокиселини, а 3 са безсмислени.
Мястото на всяка амино¬киселина в полипептидна¬та верига се определя от три последователни нук¬леотида в молекулата на ДНК.
В кибернетиката изобразява¬нето на едни обекти чрез други се нарича кодиране. Тъй като триплетът „изобразява" място¬то на една аминокиселина, той е наречен още кодов (кодираща единица).
Начинът на записване на наследствената информа¬ция в молекулата на ДНК се нарича генетичен код.

източник: учебник по биология